一种用于异种金属熔钎焊的气体保护及成型控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于异种金属熔钎焊的气体保护及成型控制装置，属于异种金属熔钎焊领域。

背景技术：

随着工业化的发展，对工件的服役性能提出了更高的要求，促进了复合结构的发展和应用，钛合金与铝合金因具有比强度高，耐腐蚀性好等特点，是航天航空领域的主要结构材料，由钛合金和铝合金构成的复合构件既具有钛合金耐腐蚀，比强度高的特点，又有铝合金价格低、储量大、成型性好的优势，可最大限度发挥两种材料的性能特点，有着广泛的应用前景。但是，由于钛铝两种金属物理性质相差较大(熔点相差近900℃)，且容易产生脆性的金属间化合物，采用传统的熔化焊方法焊接接头力学性能往往较差，因此，考虑采用熔钎焊方式进行焊接，即焊接时铝侧发生熔化形成熔焊，而钛侧不发生熔化，由液态铝在其表面有效润湿，进行钎焊，从而形成有效连接。

熔钎焊作为一种特殊的焊接方式，液态铝在固态钛合金表面的有效润湿及铺展是影响焊接接头质量的关键因素之一，焊缝正面由于温度高，且熔滴在电弧力的作用下往往可在钛侧形成有效润湿，但焊缝背面温度低于焊缝正面，润湿效果往往不佳。

另外，钛和铝都极易氧化，氧化膜的存在会阻碍界面的结合，且在高温条件下，钛合金容易与 H2、O2、N2发生反应，具体表现为250℃吸氢，400℃吸氧，600℃吸氮，生产晶间化合物，会严重影响焊接接头的综合性能。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种用于异种金属熔钎焊焊接时，焊缝区域的气体保护及成型控制装置。该装置可对焊缝区域进行气体保护，避免焊接过程生成有害晶间化合物，还可以通过控制焊缝背部保护气体流量及流动，改善焊缝背部成型。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种用于异种金属熔钎焊的气体保护及成型控制装置，包括对焊缝正面进行气体保护的气体保护部和对焊缝背面成型控制的成型控制部，所述气体保护部包括通过连接部件安装于焊炬上的进气管，进气管末端为气体保护喷嘴；所述成型控制部包括工装基座，工装基座上设置有耐高温的基座垫板，所述基座垫板上开有用于安放气体排管的条形槽，气体排管通过气体排管夹具安装于基座垫板的条形槽内；所述气体排管为一端开放，另一端封闭，侧壁开有一排排气孔的圆筒形直管。

进一步，本实用新型所述进气管包括前端的刚性气管部分和连接刚性气管部分与气体保护喷嘴的柔性气管部分；所述进气管的刚性气管部分通过连接部件安装于焊炬上，刚性气管部分与气体保护喷嘴之间设置有可调节气体保护喷嘴的角度调节部件。

更进一步，本实用新型所述角度调节部件由通过铰接连接的两根连接杆组成，其中一根连接杆的远离铰接端的一端与进气管的刚性气管部分固定连接，另一根连接杆的远离铰接端的一端与气体保护喷嘴固定连接。通过调节两根连接杆之间的铰接角度，实现气体保护喷嘴于焊接工件表面之间角度的调节，使得气体保护喷嘴对准需要气体保护的部位。

进一步，本实用新型所述连接部件包括固定于焊炬上的焊炬夹块，用于固定进气管的进气管夹块和调节焊炬夹块与进气管夹块之间距离的丝杠组件。

更进一步，本实用新型所述丝杠组件包括同时穿过焊炬夹块和进气管夹块的丝杆，和每个丝杠配合的多个丝杆螺母；通过调节丝杠螺母在丝杠上的位置实现焊炬夹块与进气管夹块之间距离的调节。

这样，可根据实际通过焊炬夹块在焊炬上的位置、进气管夹块在进气管上的位置初步调节气体保护喷嘴的水平位置，通过丝杠螺母在丝杠上的位置调节初步气体保护喷嘴的高度。

进一步，本实用新型所述气体排管数量为三个。

三个气体排管可单独调节其排气孔吹出气体的角度，易于调节气体流动方向，在对焊接熔池背部进行惰性气体保护的同时，更好的实现利用气体流力作用于焊缝背部液态金属，控制液态金属的铺展，改善背部焊缝成型的效果。

进一步，本实用新型气体排管夹具上设置有可穿过气体排管的圆形通孔和可固定气体排管在圆形通孔中位置的紧固部件。

更进一步，本实用新型所述气体排管夹具的圆形通孔的边缘设置有刻度。

这样，可容易、精确地控制气体排管的通气孔的吹出气体的角度，从而精确控制焊接熔池背部的气体流动方向，实现对液态金属铺展的精准控制。

进一步，本实用新型所述其进气管的刚性气管部分、气体保护喷嘴、气体排管和基座垫板均为紫铜材料制成。采用紫铜材料是利用其具有较好的成型性和导热性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、保护气体从气体保护部的进气管进入，气体保护喷嘴流出，到达焊缝上表面，实现对焊缝上表面高温区的保护；比如在激光-MIG复合焊中，激光-MIG复合焊具有焊接速度快的优势，焊接过程中，MIG焊炬快速向前移动，MIG焊炬自身提供的保护气并不能有效保护熔池后方的高温焊缝金属，气体保护补可以有效地对熔池后方的高温焊缝金属进行有效保护，阻隔其与H2、O2、N2的接触，减少晶间化合物的生成，从而获得性能优良的焊缝。

二、气体保护部可通过角度调节装置、焊炬夹块在焊炬上的位置、进气管夹块在进气管上的位置、丝杠组件焊调整保护喷嘴的高度、角度及距焊炬端部的距离，从而获得与焊接工艺相匹配的气体保护范围，使该装置具有较强的工况适应性；

三、焊接时，保护气体高纯氩通过气体排管的开放的一端进入，从排气孔排出，使熔池背部始终保持在惰性气体气氛条件下，实现对高温焊缝的保护，并可通过旋转气体排管控制背保护气体流动方向，气体流力作用于焊缝背部液态金属，从而控制液态金属在不熔化一侧金属表面的铺展，起到改善背部焊缝成型的作用。

附图说明

图1为本发明实施例三维结构示意图。

图2为本发明实施例正视结构示意图。

图3为本发明实施例后视结构示意图。

图4为本发明实施例俯视结构示意图。

图5为本发明实施例气体保护部结构放大示意图。

图6为本发明实施例成型控制部结构示意图。

图7为本发明实施例气体排管夹具结构放大示意图。

图中，a表示激光头，b表示MIG焊炬，c表示焊接工件，d表示工装夹具。

具体实施方式

实施例

本实用新型的一种具体实施方式是：一种用于异种金属熔钎焊的气体保护及成型控制装置，包括对焊缝正面进行气体保护的气体保护部和对焊缝背面成型控制的成型控制部，图5示出，所述气体保护部包括通过连接部件1.0安装于焊炬上的进气管2.0，进气管2.0末端为气体保护喷嘴3.0；图6示出，所述成型控制部包括工装基座4.0，工装基座4.0上设置有耐高温的基座垫板4.1，所述基座垫板 4.1上开有用于安放气体排管5.0的条形槽，气体排管5.0通过气体排管夹具6.0安装于基座垫板4.1 的条形槽内；所述气体排管5.0为一端开放，另一端封闭，侧壁开有一排排气孔5.1的圆筒形直管。

本例中气体排管夹具6.0的截面(见图7)与基座垫板4.1上的条形槽的截面均为楔形，气体排管夹具6.0可直接嵌入基座垫板4.1上的条形槽中。

本例中所述进气管2.0包括前端的刚性气管部分2.1和连接刚性气管部分2.1与气体保护喷嘴3.0 的柔性气管部分2.2；所述进气管2.0的刚性气管部分2.1通过连接部件安装于焊炬上，刚性气管部分 2.1与气体保护喷嘴3.0之间设置有可调节气体保护喷嘴3.0的角度调节部件7.0。所述角度调节部件 7.0由通过铰接连接的两根连接杆7.1组成，其中一根连接杆7.1的远离铰接端的一端与进气管2.0的刚性气管部分2.1固定连接，另一根连接杆7.1的远离铰接端的一端与气体保护喷嘴3.0固定连接。如图所示，本例中两根连接杆远离铰接端的一端都设置有可套在进气管2.0的刚性气管部分2.1或气体保护喷嘴3.0末端的通孔，所述通孔侧壁设置有螺纹通孔，通过紧固螺钉拧入螺纹通孔压紧进气管2.0 的刚性气管部分2.1或气体保护喷嘴3.0末端实现连接杆与进气管2.0和气体保护喷嘴的固定。

本例中所述连接部件1.0包括固定于焊炬上的焊炬夹块1.1，用于固定进气管2.0的进气管夹块1.2 和调节焊炬夹块1.1与进气管夹块1.2之间距离的丝杠组件。如图所示，焊炬夹块1.1和进气管夹块 1.2均为由上下两夹块组件组成，上下两夹块组件包裹焊炬a或进气管2.0，配合丝杠组件，实现其加紧作用。

所述丝杠组件包括同时穿过焊炬夹块1.1和进气管夹块1.2的丝杆1.3a，和每个丝杠配合的多个丝杆螺母1.3b；通过调节丝杠螺母1.3b在丝杠1.3a上的位置实现焊炬夹块1.1与进气管夹块1.2之间距离的调节。如图所示，在焊炬夹块1.1和进气管夹块1.2上下表面均设置有丝杠螺母1.3b，丝杠螺母1.3b不仅起到调节焊炬夹块1.1与进气管夹块1.2之间距离的作用，还可以使得焊炬夹块1.1和进气管夹块1.2上下两夹块组件加紧焊炬a和进气管2.0，从而起到辅助焊炬夹块1.1和进气管夹块1.2 固定于焊炬a和进气管2.0上的作用。

本例中所述气体排管5.0数量为三个。

如图7所示，本例中气体排管夹具6.0上设置有可穿过气体排管5.0的圆形通孔6.1和可固定气体排管5.0在圆形通孔6.1中位置的紧固部件6.2，紧固部件6.2为穿过排管夹具6.0侧壁的紧固螺钉，通过拧入紧固螺钉，压紧气体排管5.0实现对气体排管的位置固定。所述气体排管夹具6.0的圆形通孔6.1的边缘设置有刻度6.3。

本例中所述其进气管2.0的刚性气管部分2.1、气体保护喷嘴3.0、气体排管和基座垫板均为紫铜材料制成。进气管2.0的柔性气管部分2.2为耐高温胶管；角度调节部件7.0的连接杆7.1与焊炬夹块 1.1、进气管夹块1.2为铝合金材料。

图1至图4为本例装置用于异种金属激光-MIG复合焊的示意图，其中a表示激光头，b表示MIG 焊炬，c表示焊接工件，d表示工装夹具。刚性气管部分2.1与柔性气管部分2.2的接头并未在图中表现出，可使用现有技术中各种连接刚性管与柔性管的方式进行连接，比如在接头处将柔性管套在刚性管上。

举例说明，本装置用于对钛合金Ti6Al4V与铝合金6061-T6焊接工件激光-MIG复合焊的焊接中。焊接工件c尺寸为100mm×50mm×3mm，通过工装夹具b将焊接工件c装夹于工装基座4.0、基座垫板4.1之上，调整焊接工件c位置，使得对接间隙处于基座垫板4.1中心线位置。调节激光头b及 MIG焊炬a的角度与位置，为了避免激光束反射损伤激光头镜片，激光头偏转10°，激光束中心线与焊缝中心线夹角为80°，MIG焊炬a中心线与焊缝中心线夹角为60°，激光束与焊丝间距为3mm。通过连接部1.0将进气管2.0安装于MIG焊炬a上，通过丝杠组件和角度调节部件7.0调整气体保护喷嘴3.0的高度与角度，保护喷嘴角度为60°，距焊缝上表面高度为10mm，气体保护喷嘴3.0前端与焊丝端部之间的距离为30mm，气体保护部使用高纯氩，保护气流量为15L/min。背部的成型控制部保护的气体排管5.0并排放置，通有高纯氩气，通过选择保护气流量及气体排管角度可获得不同的焊缝背部成型。